空间光通信具有速率高、通信容量大、抗干扰能力强、安全保密性高等优势,是未来通信技术的重要发展方向。目前,在星间光通信领域已经发展得很成熟,空海陆基光通信也受到越来越多的关注。现有的空间光通信普遍是基于粗精两级架构,通过信标光和信号光的捕跟完成链路的建立。由于面阵探测器可以在亮背景下对目标图像进行探测,所以近年来学者们提出了一种以太阳照射的地球图像作为图像信标,辅助深空光通信终端初始引导指向地面接收端的工作模式。受该研究启发,对于目标成像场景下的空间光通信,本文提出了一种新的图像辅助捕跟技术,在自动曝光调节下通过面阵探测器大视场成像,不仅可以用于初始引导,而且还能在扫描捕获和粗跟踪阶段对对方平台的图像特性进行识别和跟踪。该技术普遍适用于空间光通信,通过多手段同时捕获,减小了扫描时间,提高了捕获概率。论文研究涉及理论仿真、系统实现、试验验证三个方面,具体的研究内容包括:一、图像辅助捕获跟踪技术研究设计了图像辅助捕获跟踪在空间光通信系统中的实现方案,建立了图像辅助捕获跟踪和光斑粗精跟踪的状态转移流程,分析了图像辅助捕获性能。在图像辅助捕获阶段,通过仿真对比了二十种不同场景下的灰度匹配、SIFT特征点匹配、ORB特征点匹配三种算法的图像捕获效果,基于仿真结果选择灰度匹配算法进行图像辅助捕获;在图像辅助跟踪阶段,通过仿真对比了四种运动场景下的KCF、MOSSE、MEDIANFLOW三种算法的图像跟踪效果,基于仿真结果选择KCF跟踪算法进行图像辅助跟踪;以阈值作为触发条件,通过自适应曝光时间控制,实现图像辅助捕获跟踪向光斑捕获跟踪的平稳切换。二、图像辅助捕获跟踪系统的设计与搭建通过激光发射模块、图像采集模块、光束指向模块、数据处理模块的软硬件集成,搭建了基于粗精两级ATP机构的图像辅助捕获跟踪试验系统,开展了光路调校与定标,开发了图像辅助捕获、图像辅助跟踪和自适应曝光调节等功能。三、图像辅助捕获跟踪系统的外场试验验证在距离为2.4km且模拟转台转速为6。/min的情况下,验证了图像辅助捕获跟踪的可行性。试验结果表明:在相同不确定域的情况下,传统的信标光扫描需要的时间为1.746s,基于灰度匹配的图像辅助扫描需要的时间为0.119s;在相同捕获条件下,传统的信标光捕获概率为92.28%,图像辅助捕获概率为99.43%。在图像辅助跟踪阶段,目标跟踪的精度能达到2.5个像素点,即115微弧度左右。在接收到信标光时,能自适应调整曝光时间转为信标光跟踪,信标光的跟踪精度达到1.5个像素点,即65微弧度左右。综上所述,本论文研究的图像辅助捕获跟踪技术,可以在未接收到信标光的情况下能对平台进行图像跟踪,有效减小扫描捕获时间、提高捕获概率,为建立空间光通信链路建立提供了额外的技术手段。